Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, mit einem Rotor und mit mehreren Maschinenspulen, wobei die elektrische Maschine eine Kühleinrichtung

aufweist, die dazu geeignet ist, ein supraleitendes

Material mindestens bis unter eine Sprungtemperatur

abzukühlen, wobei Wicklungen mindestens zweier

Maschinenspulen aus dem supraleitenden Material bestehen und verschiedenen Wicklungsgruppen zugeordnet sind, wobei die Wicklungen mit der Kühleinrichtung in Wirkverbindung stehen, um die Wicklungen bis unter die Sprungtemperatur abzukühlen und wobei die elektrische Maschine eine

elektrisch leitend mit den Wicklungen verbundene steuerbare oder regelbare Versorgungseinrichtung zur elektrischen Versorgung und Ansteuerung der Maschinenspulen aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine mit einem Stator, mit einem Rotor und mit mehreren

Maschinenspulen, wobei die elektrische Maschine eine

Kühleinrichtung aufweist, die dazu geeignet ist, ein supraleitendes Material mindestens bis unter eine

Sprungtemperatur abzukühlen, wobei eine Wicklung mindestens einer Maschinenspule aus dem supraleitenden Material besteht, wobei die Wicklung mit der Kühleinrichtung in Wirkverbindung steht, um die Wicklung bis unter die

Sprungtemperatur abzukühlen und wobei die elektrische

Maschine eine elektrisch leitend mit der Wicklung

verbundene steuerbare oder regelbare Versorgungseinrichtung zur elektrischen Versorgung und Ansteuerung der

Maschinenspule aufweist.

Solche elektrischen Maschinen, bei denen der Rotor relativ zu einem feststehenden Stator eine Drehbewegung ausführt, werden in unterschiedlichsten Ausführungsformen in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten sowohl als Motoren als auch als Generatoren eingesetzt. Beispielsweise können die elektrischen Maschinen mit Drehstrom betrieben und als Asynchron- oder Synchronmaschine ausgeführt sein.

In Abhängigkeit von der vorgesehenen Leistung der

elektrischen Maschine kann die elektrische Maschine notwendigerweise ein erhebliches Gewicht und Volumen aufweisen, wodurch die Herstellung und Montage der

elektrischen Maschine erschwert wird. Einschränkungen im Bauraum oder Begrenzungen im Gewicht können dann dazu führen, dass die herkömmliche elektrische Maschine als Antrieb ungeeignet ist.

Für einige Anwendungen werden zudem elektrische Maschinen mit sehr kurzen Anregelzeiten bzw. einem schnellen, dynamischen Betriebsverhalten benötigt. Beispielsweise werden solche elektrischen Maschinen als

Belastungseinrichtungen für hochdynamische

Motorenprüfstände eingesetzt. Herkömmliche elektrische Maschinen können die steigenden Anforderungen in diesem Bereich häufig nicht oder nur unzureichend erfüllen. Daher wurden elektrische Maschinen entwickelt, die

Maschinenspulen aus supraleitenden Materialien aufweisen. Supraleitende Materialien sind Materialien, deren elektrischer Widerstand bei Unterschreiten einer

materialspezifischen Sprungtemperatur sprunghaft auf Null abfällt. Werden die bis unter die Sprungtemperatur

abgekühlten Wicklungen der Maschinenspulen beispielsweise mit einem Wechselstrom beaufschlagt, tritt nur ein geringer Energieverlust ein, der gegenüber einem Ohm ^x schen

Widerstand nur sehr gering ist. Dadurch können auch mit vergleichsweise kleinen Maschinen starke elektromagnetische Felder erzeugt werden, wodurch die Leistungsdichte der elektrischen Maschinen erheblich steigt und eine hohe

Dynamik ermöglicht wird.

Die elektrische Maschine mit einer supraleitenden Wicklung kann beispielsweise mit einem dreiphasigen Wechselstrom betrieben werden. Es ist aber auch möglich, die elektrische

Maschine mit einem höherphasigen Wechselstrom zu betreiben.

Die elektrische Maschine kann dabei sowohl in einem

niedrigeren Drehzahlbereich und gleichzeitig hohem

Drehmoment als auch in einem sogenannten

Feldschwächungsbereich bis zu hohen Geschwindigkeiten bei einer konstanten Leistung betrieben werden.

Als supraleitendes Material kommen beispielsweise

Hochtemperatursupraleiter in Frage, deren Sprungtemperatur bereits bei einer Temperatur von minus 140 Grad Celsius erreicht sein kann. Für die Wicklung der Maschinenspulen können supraleitende Materialien beispielsweise in Band ^¬ oder Drahtform eingesetzt werden. Als supraleitende

Materialien kommen unter anderem die Zusammensetzungen YBCO (YBCO coated conductor) , BSCCO, MgB ₂ oder Pnictide in

Frage, die bei ausreichend tiefen Temperaturen eine

außerordentlich hohe Stromdichte aufweisen können. Die Maschinenspulen können sowohl am oder im Rotor als auch am oder im Stator angeordnet sein. Der Stator kann

außerhalb (als Außenläufer) oder innerhalb des Rotors (als Innenläufer) angeordnet sein.

Solche elektrische Maschinen mit supraleitenden Wicklungen werden in der auf die Anmelderin zurückgehenden

Druckschrift DE 10 2011 056 008 AI beschrieben, deren

Inhalt durch Verweis in die vorliegende Beschreibung einbezogen wird. Vergleichbare elektrische Maschinen mit einer alternativ ausgestalteten Kühlung der supraleitenden Wicklungen werden in der zum Zeitpunkt der Anmeldung noch ausstehenden Veröffentlichung der Internationalen

Patentanmeldung PCT/EP2015/073069 beschrieben, die die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2014 114 451.1 beansprucht. Auch der Inhalt dieser Patentanmeldungen wird durch Verweis in die vorliegende Beschreibung

einbezogen .

Bei den bekannten elektrischen Maschinen mit supraleitenden Wicklungen werden die Wicklungen üblicherweise durch

Badkryostaten, bei denen die zu kühlenden Maschinenspulen von einer Kryoflüssigkeit , beispielsweise von flüssigem Stickstoff, umgeben sind, oder durch einen

Refrigeratorkryostaten, bei dem die Kühlung durch einen sogenannten Cryo-Cooler erfolgt, gekühlt.

Bei der steuerbaren oder regelbaren Versorgungseinrichtung handelt es sich üblicherweise um einen geeigneten

Frequenzumrichter. Dabei werden häufig Frequenzumrichter mit einem über einen Gleichrichter gespeisten Gleichspannungszwischenkreis verwendet, über den ein entsprechend Steuer- oder regelbarer Wechselrichter

versorgt wird. Der Wechselrichter stellt mit Hilfe

leistungselektronischer Schaltelemente - zum Beispiel in MOSFET-, IGBT- oder IGCT-Technik - die für den Betrieb der elektrischen Maschine erforderliche Leistung bei

vorzugebener Frequenz der Betriebsspannungen zur Verfügung. Die Wechselrichter werden daher häufig auch als

Leistungsendstufe bezeichnet. Der

Gleichspannungszwischenkreis und die Leistungsendstufe können beispielsweise über elektrische Kabelleitungen miteinander verbunden werden.

Zur Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Maschine bzw. der Leistungsendstufe weisen die elektrischen Maschinen entsprechende Regeleinrichtungen auf, die beispielsweise durch Erfassung eines zum Betrieb der Maschinenspule verwendeten Laststroms oder einer Maschinendrehzahl und geeigneter Sollwerte die jeweils gewünschte

Ausgangsleistung der elektrischen Maschine zur Verfügung stellen. Entsprechende Verfahren zur Steuerung und Regelung elektrischer Maschinen werden beispielsweise in den auf die Anmelderin zurückgehenden Druckschriften WO 2012/127011 A2 und WO 2013/102597 A2 beschrieben, deren Inhalte durch Verweis in die vorliegende Beschreibung einbezogen werden.

Als Aufgabe der Erfindung wird es angesehen, die Versorgung der Maschinenspulen mit elektrischer Energie über die

Versorgungseinrichtung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Maschine mit einem Stator, mit einem Rotor und mit mehreren Maschinenspulen gelöst, wobei die elektrische Maschine eine Kühleinrichtung aufweist, die dazu geeignet ist, ein supraleitendes Material mindestens bis unter eine

Sprungtemperatur abzukühlen, wobei Wicklungen mindestens zweier Maschinenspulen aus dem supraleitenden Material bestehen und verschiedenen Wicklungsgruppen zugeordnet sind, wobei die Wicklungen mit der Kühleinrichtung in

Wirkverbindung stehen, um die Wicklungen bis unter die Sprungtemperatur abzukühlen und wobei die elektrische

Maschine eine elektrisch leitend mit den Wicklungen

verbundene steuerbare oder regelbare Versorgungseinrichtung zur elektrischen Versorgung und Ansteuerung der

Maschinenspulen aufweist und die dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens zwei Wicklungsgruppen jeweils mit einer separaten, steuerbaren oder regelbaren

Leistungsendstufe der Versorgungseinrichtung elektrisch leitend verbunden sind. Als Wicklungsgruppe werden eine oder mehrere Wicklungen verstanden, die von einer

gemeinsamen Leistungsendstufe mit Energie versorgt werden.

Durch einen solchen modularen Aufbau der

Versorgungseinrichtung, bei dem mehrere Leistungsendstufen und vorteilhafterweise für jede Wicklung eine separate Leistungsendstufe verwendet werden, ist es möglich, die Leistungsendstufen besonders nah an den Maschinenspulen bzw. Wicklungen anzuordnen und eine erforderliche

Leitungslänge zwischen den Leistungsendstufen und den jeweiligen Wicklungen zu reduzieren. Auf diese Weise ist eine genauere und schnellere Detektion des jeweiligen

Laststroms zum Betrieb der einzelnen Maschinenspulen möglich. Dadurch wird auch ein schnellerer und präziserer Vergleich von Soll- und Iststrom möglich, auf Grundlage dessen eine Überwachung der Maschinenspulen erfolgen kann.

Beispielsweise kann eine negative Abweichung des Ist- Laststroms vom Soll-Lastström als sogenannter Quench des supraleitenden Materials der Wicklung interpretiert werden und die entsprechende Maschinenspule zum Schutz

abgeschaltet oder mit reduziertem Laststrom weiterbetrieben werden. Eine positive Abweichung kann erfindungsgemäß als Kurzschluss der überwachten Wicklung interpretiert werden. Diese Fehler können bei der aus dem Stand der Technik bekannten deutlich beabstandeten Anordnung der

Leistungsendstufen aufgrund des fehlenden ohmschen Anteils üblicherweise nicht erkannt werden. Durch den modularen Aufbau und die dadurch ermöglichte nahe Anordnung der

Leistungsendstufen an den Maschinenspulen ist daher ein wirksamer Schutz für das supraleitende

Maschinenspulensystem möglich. Zudem kann hierdurch ein geregelter Betrieb der Maschinenspulen innerhalb zulässiger Spulenparameter ermöglicht werden.

Durch den modularen Aufbau kann zudem eine höhere

Ausfallsicherheit der elektrischen Maschine erreicht werden, da auch bei Ausfall oder Störung einzelner oder auch mehrerer Maschinenspulen ein Betrieb der elektrischen Maschine möglich bleibt. Dadurch kann die elektrische

Maschine insbesondere auch dort zur Anwendung kommen, wo besondere Anforderungen an die Sicherheit gestellt werden. Daher ist die erfindungsgemäß elektrische Maschine auch vor allem als elektrischer Vortriebsmotor eines Hybridflugzeugs oder elektrischen Flugzeugs geeignet. Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sämtliche Maschinenspulen bzw. Wicklungen jeweils mit einer separaten Leistungsendstufe elektrisch leitend verbunden sind und mit elektrischer Energie versorgt werden. Auf diese Weise kann unter anderem eine besonders hohe

Ausfallsicherheit erreicht werden.

Der erfindungsgemäße modulare Aufbau der elektrischen

Maschine wird vorteilhafterweise für feststehende

Maschinenspulen des Stators der elektrischen Maschine verwendet. Auch die übrigen im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen der elektrischen Maschine können

vorteilhafterweise bei solchen elektrischen Maschinen verwendet werden, bei denen die Maschinenspulen und die Leistungsendstufen einen Teil des Stators bilden. Bei diesen elektrischen Maschinen wird der rotierende Teil bzw. der Rotor der elektrischen Maschine typischerweise mit Supraleitern, Normalleitern oder Permanentmagneten

ausgeführt. Der stehende Teil bzw. Stator der elektrischen Maschine besteht erfindungsgemäß aus Maschinenspulen, von denen zumindest einige Wicklungen aus dem supraleitenden Material aufweisen sowie den zugehörigen

Leistungsendstufen, die im Wirkverbund mit jeweils

mindestens einer Maschinenspule bzw. Wicklung oder

Wicklungsgruppe stehen.

Eine Nahe Anordnung einer einzigen Leistungsendstufe an mehrere Maschinenspulen kann erfindungsgemäß auch durch eine elektrische Maschine mit einem Stator, mit einem Rotor und mit mehreren Maschinenspulen erreicht werden, wobei die elektrische Maschine eine Kühleinrichtung aufweist, die dazu geeignet ist, ein supraleitendes Material mindestens bis unter eine Sprungtemperatur abzukühlen, wobei eine Wicklung mindestens einer Maschinenspule aus dem

supraleitenden Material besteht, wobei die Wicklung mit der Kühleinrichtung in Wirkverbindung steht, um die Wicklung bis unter die Sprungtemperatur abzukühlen und wobei die elektrische Maschine eine elektrisch leitend mit der

Wicklung verbundene steuerbare oder regelbare

Versorgungseinrichtung zur elektrischen Versorgung und Ansteuerung der Maschinenspule aufweist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine steuerbare oder regelbare Leistungsendstufe der Versorgungseinrichtung innerhalb eines durch einen thermischen Isolator gebildeten

thermischen Isolationsbereichs der elektrischen Maschine angeordnet ist und elektrisch leitend mit der Wicklung der mindestens einen Maschinenspule verbunden ist.

Die Maschinenspulen oder zumindest die Wicklungen werden vorteilhafterweise innerhalb eines thermischen Isolators angeordnet, um die zur Kühlung benötigte Kühlleistung verringern zu können. Indem auch die Leistungsendstufe innerhalb des thermischen Isolators angeordnet wird, kann der Abstand zu den Wicklungen verringert werden, wodurch einige der bereits beschriebenen Vorteile erreicht werden können .

Um die Vorteile des modularen Aufbaus mit den Vorteilen der Anordnung der Leistungsendstufe in dem thermischen

Isolationsbereichs zu verbinden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die separaten, steuerbaren oder regelbaren Leistungsendstufen innerhalb des durch den thermischen Isolator gebildeten thermischen Isolationsbereichs der elektrischen Maschine angeordnet sind. Durch die Anordnung der Leistungsendstufe bzw. der

Leistungsendstufen ist auch eine effizientere Kühlung der Leistungsendstufen auf eine Betriebstemperatur möglich, die zwischen Raum- und kryogener Temperatur eingestellt werden kann. Durch die auf diese Weise erreichte effiziente

Kühlung auf vergleichsweise niedrige Betriebstemperaturen realisierbar können die in den Leistungsendstufen

auftretenden Wärmeverluste effizient abgeführt werden wodurch ein kompakterer und leichterer Gesamtaufbau der elektrischen Maschine ermöglicht wird. Dies wiederum ist die Grundlage zur Erzielung einer hohen Leistungsdichte der elektrischen Maschine, die bei vielen Anwendungen

zweckmäßig ist, manche Applikationen der elektrischen

Maschine wie beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Fluggeräten aber auch erst ermöglicht.

Zur Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Maschine und zur Ansteuerung der Wicklungen ist erfindungsgemäß

vorgesehen, dass eine oder mehrere Steuerungseinrichtung zur Steuerung oder Regelung der Leistungsendstufe bzw. der Leistungsendstufen innerhalb des thermischen

Isolationsbereichs angeordnet ist bzw. sind.

Vorteilhafterweise weist jede Leistungsendstufe eine separate Steuerungseinrichtung auf. Mit Hilfe der

Steuerungseinrichtungen wird vorteilhafterweise auch die Überwachung der Betriebsparameter der Wicklungen

durchgeführt. Die Steuerung bzw. Regelung der

Leistungsendstufen kann durch eine oder mehrere

Steuerungseinrichtungen erfolgen. Bei Verwendung mehrerer Steuerungseinrichtungen kann ein Abgleich und eine

Synchronisation der einzelnen Steuerungseinrichtungen dezentral durch die jeweiligen Steuerungseinrichtungen selbst oder auch zentral durch eine Mastersteuereinrichtung erfolgen. Die mehreren Steuerungseinrichtungen sind

vorteilhafterweise über ein Bus-System miteinander

verbunden.

Dadurch, dass die Steuerungseinrichtung bzw. die

Steuerungseinrichtungen ebenfalls innerhalb des thermischen Isolationsbereichs angeordnet werden, ist auch eine

besonders schnelle Überwachung der Betriebsparameter und Steuerung bzw. Regelung der Maschinenspulen möglich, da besonders kurze datenleitende und/oder elektrisch leitende Verbindungen verwendet werden können, die eine schnelle Auswertung und Ansteuerung erlauben.

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass durch die Steuerungseinrichtungen die einzelnen

Leistungsendstufen so angesteuert werden können, das sämtliche Maschinenspulen oder lediglich einzelne

Maschinenspulen zum Betrieb der elektrischen Maschine verwendet werden. Auf diese Weise kann eine

Ausgangsleistung der elektrischen Maschine an eine

benötigte Leistung angepasst werden. Zur Kühlung von innerhalb des thermischen Isolators bzw. innerhalb des thermischen Isolationsbereichs angeordneten Maschinenspulen oder Wicklungen der Maschinenspulen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die mindestens eine

Maschinenspule oder zumindest die Wicklung der mindestens einen Maschinenspule über mindestens ein an der Wicklung anliegendes kältemittelführendes Kühlrohr gekühlt ist. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Kühlrohren zur Kühlung der Wicklungen und der damit verbundenen direkten Anbindung des jeweiligen Kühlrohrs an die jeweilige Wicklung wird die Kühlleistung insbesondere durch Wärmeleitung über die

Wandungen der Kühlrohre auf die die Kühlrohre

vorteilhafterweise durchströmende Kryoflüssigkeit

übertragen .

Es ist aber auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen dass die mindestens eine Maschinenspule oder zumindest die Wicklung der mindestens einen Maschinenspule innerhalb eines Kälteraums angeordnet ist, wobei der thermische

Isolator den Kälteraum umgibt. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Wicklung innerhalb eines Kälteraums eines Wicklungskryostaten angeordnet ist. Der

Wicklungskryostat weist einen thermischen Isolator auf, der den Kälteraum umgibt. Bei dem thermischen Isolator kann es sich vorteilhafterweise um ein technisches Vakuum handeln. Innerhalb des technischen Vakuums ist die Leistungsendstufe zur elektrischen Versorgung der Wicklung angeordnet. Der Kälteraum ist vorteilhafterweise von einer Kryoflüssigkeit durchströmt, sodass es sich bei dem Wicklungskryostaten handelt es sich um eine Ausführungsvariante eines

Badkryostaten handelt. Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die mindestens eine Maschinenspule oder zumindest die Wicklung der mindestens einen Maschinenspule durch mindestens einen Badkryostaten oder durch mindestens einen

Refrigeratorkryostaten gekühlt sind, wobei die mindestens eine Maschinenspule oder zumindest die Wicklung der

mindestens einen Maschinenspule innerhalb des Kälteraums des Badkryostaten oder des Refrigeratorkryostaten angeordnet ist. Um eine unnötige Erwärmung der Kryoflüssigkeit vor der Kühlung der Wicklungen durch die Leistungselektronik zu vermeiden, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Leistungselektronik außerhalb des Kälteraums angeordnet ist. Bei der Verwendung eines

Kälteraums sollte die Leistungsendstufe vorteilhafterweise auch deshalb außerhalb des Kälteraums in dem thermischen Isolator angeordnet sein, da die zur Kühlung der in dem Kälteraum angeordneten Wicklungen erforderliche kryogene Temperatur der Kryoflüssigkeit die Leistungselektronik beschädigen könnte.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der

erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist vorgesehen, dass innerhalb des thermischen Isolationsbereichs ein

Vakuum erzeugbar ist. Durch ein Vakuum wird eine besonders gute thermische Isolierung der Wicklungen und der

Leistungsendstufen erreicht. Vorteilhafterweise werden die Maschinenspulen und die Leistungsendstufen zwischen koaxial zueinander angeordneten Vakuumröhren angeordnet, die durch Deckel verschlossen werden und zwischen denen ein Vakuum bzw. ein technisches Vakuum erzeugt werden kann. Im Zentrum der Vakuumröhre mit kleinerem Durchmesser ist

vorteilhafterweise der Rotor angeordnet. Die Vakuumröhren und die Deckel bilden eine Vakuumkammer.

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Versorgungsleitungslänge einer supraleitenden

elektrischen Verbindung der Wicklung mit der jeweiligen Leistungsendstufe maximal 10cm beträgt. Durch die auf diese Weise vergleichsweise kurze Ausgestaltung der supraleitenden elektrischen Verbindung kann diese einfacher und kostengünstiger hergestellt werden.

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leistungsendstufe mit einem beabstandet zu der

Leistungsendstufe angeordneten Gleichspannungszwischenkreis elektrisch leitend verbunden ist und mit elektrischer

Energie versorgt wird bzw. dass die mehreren

Leistungsendstufen mit einem beabstandet zu den

Leistungsendstufen angeordneten

Gleichspannungszwischenkreis elektrisch leitend verbunden sind und mit elektrischer Energie versorgt werden. Die modular aufgebauten Leistungsendstufen werden

vorteilhafterweise über einen gemeinsamen

Gleichspannungszwischenkreis mit elektrischer Energie versorgt. Die Versorgungsleitungslängen der supraleitenden elektrischen Verbindungen sowie der normalleitenden

elektrischen Leitungen zwischen den Leistungsendstufen und den supraleitenden elektrischen Verbindungen können jeweils vergleichsweise kurz ausgestaltet werden. Betriebsbedingt ist eine Leistungszuführung von dem

Gleichspannungszwischenkreis zu den Leistungsendstufen unter Verwendung geringerer Leitungsquerschnitte ausführbar als die Verbindung zwischen den Leistungsendstufen und den einzelnen Wicklungen, da über die elektrischen Leitungen von dem Gleichspannungszwischenkreis zu den

Leistungsendstufen lediglich die tatsächlich verbrauchte Leistung geführt werden muss, während über die elektrischen Leitungen zwischen den Leistungsendstufen und den

Wicklungen zusätzlich auch die Scheinleistung übertragen werden muss. Durch den modularen Aufbau und die räumlich getrennte Anordnung der Leistungsendstufen und des Gleichspannungszwischenkreis können daher insbesondere die supraleitenden elektrischen Verbindungen einfacher und kostengünstiger hergestellt werden. Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Gleichspannungszwischenkreis außerhalb des thermischen Isolationsbereichs angeordnet ist. Der thermische Isolator bzw. der thermische Isolationsbereich wird

vorteilhafterweise durch ein Vakuum gebildet. Die den

Leistungsendstufen und den Wicklungen zugeführte

elektrische Leistung muss aus der Umgebung durch den thermischen Isolator und bei Verwendung eines Vakuums durch das gebildete Vakuum hindurchgeführt werden. Neben einem thermischen Eintrag durch Erwärmung der elektrischen Leiter innerhalb des thermischen Isolators, der wiederum

rückgekühlt werden muss, ist bei Verwendung eines Vakuums die Abdichtung zwischen den Zuführleitungen zu den

Leistungsendstufen und einer beispielsweise durch

Vakuumröhren gebildeten Vakuumkammer aufwändig. Sofern die Leistungsendstufen über einen außerhalb des thermischen Isolationsbereichs angeordneten gemeinsamen

Gleichspannungszwischenkreis versorgt werden, sind jedoch lediglich zwei Anschlüsse erforderlich, die durch die

Vakuumkammer und den thermischen Isolator geführt werden müssen. Dadurch wird der Aufwand zur Abdichtung des

Vakuumbereichs deutlich reduziert, da beispielsweise für eine 3-phasige Anbindung zumindest drei Zuführleitungen erforderlich wären. Auf diese Weise wird sowohl der

thermische Eintrag in das Kühlsystem verringert als auch der mechanische Aufwand für die Vakuumdurchführungen vereinfacht . Um die Anzahl der erforderlichen Leitungsdurchführungen durch die Vakuumkammer und den thermischen Isolator weiter zu verringern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leistungsendstufe bzw. die Leistungsendstufen und die

Steuerungseinrichtung bzw. die Steuerungseinrichtungen innerhalb des thermischen Isolationsbereichs angeordnet sind, sodass lediglich zwei elektrische Zuführleitungen von dem Gleichspannungszwischenkreis durch die thermische

Isolierung geführt werden müssen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der

Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrischen

Zuführleitungen durch Kühlmittelrohre der Kühleinrichtung geführt werden, über die die Kühleinrichtung mit kryogener Kühlflüssigkeit versorgt wird. Auf diese Weise ist keine zusätzliche Durchführung durch den thermischen Isolator und beispielsweise die ein Vakuum umgebende Vakuumkammer erforderlich. Vorteilhafterweise sind die Zuführleitungen durch ein Kühlmittelrückleitungsrohr geführt, um das

Kühlmittel vor der Kühlung der Wicklungen nicht unnötig zu erwärmen und um die erforderliche Kühlleistung zur Kühlung der Wicklungen bis unterhalb der Sprungtemperatur

zuverlässig bereitstellen zu können. Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leistungsendstufen so ausgestaltet sind, dass die

Leistungsendstufen jeweils eine Ausgansspannung mit einer Frequenz von mindestens 4 kHz bereitstellen können. Hohe Taktfrequenzen der Leistungsendstufen ermöglichen eine bessere Glättung oder Formgebung der zur Ansteuerung der Wicklungen verwendeten Strom- und Spannungskurven, wodurch Verluste in den supraleitenden Wicklungen reduziert werden können. Durch den modularen Aufbau können elektrische

Maschinen mit Ausgangsleistungen von mehreren Megawatt Leistung bereitgestellt werden, wobei jedoch die einzelnen Leistungsendstufen einen vergleichsweise geringen

Ausgangsstrom von vorzugsweise maximal IkA aufweisen müssen. Durch die niedrige erforderliche Ausgangsleistung der einzelnen Leistungsendstufen können besonders hohe Taktfrequenzen erreicht werden. Um die Leistungsendstufen auf eine vorgegebene

Betriebstemperatur abkühlen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leistungsendstufe bzw. die

Leistungsendstufen mit der Kühleinrichtung verbunden sind und auf eine vorgegebene Betriebstemperatur zwischen einer Umgebungstemperatur der elektrischen Maschine und der

Sprungtemperatur gekühlt werden können. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Leistungsendstufen auf eine Betriebstemperatur zwischen der Sprungtemperatur der

Supraleiter und der Umgebungstemperatur gekühlt werden, sodass ein Wärmeeintrag von den Leistungsendstufen zu

Maschinenspulen minimiert wird, die Leistungsendstufen in optimalen Arbeitsbereichen betrieben werden und die

thermische Verluste der Leistungsendstufen ohne zusätzliche Kühleinrichtungen abgeführt werden können.

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leistungsendstufe bzw. die Leistungsendstufen jeweils über Kühlmittelverbindungsleitungen mit Kühlrohren der

Wicklungen verbunden sind, wobei von der Kühleinrichtung Kühlmittel zu den Kühlrohren der Wicklungen geführt wird und das Kühlmittel anschließend über die

Kühlmittelverbindungsleitungen zu der Leistungsendstufe bzw. zu den Leistungsendstufen geführt wird. Auf diese Weise können thermische Verluste der Leistungsendstufen einfach durch das weiter verwendete Kühlmittel abgeführt werden .

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschinen werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 eine ausschnittsweise schematisch dargestellte Ansicht eines Stators 1 einer elektrischen Maschine,

Figur 2 eine ausschnittsweise schematisch dargestellte Anordnung mehrerer innerhalb eines thermischen Isolators angeordneter Maschinenspulen und Leistungsendstufen und

Figur 3 eine ausschnittsweise schematisch dargestellte Anordnung mehrerer innerhalb eines von einem thermischen Isolator umgebenden Kühlraums angeordneter Maschinenspule

Figur 1 zeigt eine ausschnittsweise schematisch

dargestellte Ansicht eines Stators 1 einer elektrischen Maschine. Der Stator 1 weist mehrere konzentrisch um eine Vakuumröhre 2 angeordnete Maschinenspulen 3 auf, die wiederum Wicklungen 4 aus einem supraleitenden Material aufweisen. In einem thermischen Isolationsbereich 5 zwischen der Vakuumröhre 2 und einer weiteren, nicht dargestellten koaxial angeordneten und einen größeren Durchmesser aufweisenden Vakuumröhre sowie zwei ebenfalls nicht dargestellten Verschlüssen zur Abdichtung des thermischen Isolationsbereich 5 zwischen den Vakuumröhren wird ein Vakuum erzeugt. Das Vakuum dient als thermischer Isolator . Die Wicklungen 4 werden jeweils über eine separate und ebenfalls in dem thermischen Isolator angeordnete

Leistungsendstufe 6 mit elektrischer Energie versorgt. In die Leistungsendstufen 6 sind jeweils

Steuerungseinrichtungen 7 integriert.

Die Leistungsendstufen 6 sind über lediglich zwei

elektrische Zuführleitungen 8 mit einem nicht dargestellten Gleichspannungszwischenkreis verbunden. Die Zuführleitungen 8 werden über eine schematisch dargestellte dichtende

Vakuum-Durchführung 9 durch die Wandung eines der

Verschlüsse geführt.

Durch die besonders nahe Anordnung der Leistungsendstufen zu den supraleitenden Wicklungen 4 können

Versorgungsleitungslängen supraleitender elektrischer Verbindungen 10 der Wicklungen mit den jeweiligen

Leistungsendstufen 6 besonders kurz ausgeführt werden.

In der Darstellung sind jeweils einzelne mehrerer

gleichartiger Elemente exemplarisch mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet .

In Figur 2 sind schematisch mehrere innerhalb eines einen thermischen Isolationsbereich 5 bildenden thermischen

Isolators 11 angeordnete Maschinenspulen 3 und ebenfalls innerhalb des thermischen Isolators 11 angeordnete

Leistungsendstufen 6 dargestellt. Bei dem thermischen Isolator 11 handelt es sich um ein innerhalb einer

Vakuumkammer 12 erzeugtes technisches Vakuum.

Wicklungen 13 der Maschinenspulen 3 sind torusförmig ausgestaltet und werden durch von Kryoflüssigkeit

durchströmten und an den Wicklungen 13 anliegenden

Kühlrohren 14 gekühlt. Rückläufe bzw.

Kühlmittelverbindungsleitungen 15 der Kühlrohre 14 sind jeweils mit Wärmetauschern 16 der Leistungsendstufen 6 verbunden, über die Leistungselektronikelemente 17 der Leistungsendstufen 6 gekühlt werden, wobei eine

Kühltemperatur der Wicklungen 13 tiefer ist als eine

Kühltemperatur der Leistungsendstufen 6. Die Kryoflüssigkeit strömt über eine

Kühlmittelzuführleitung 18 in die Kühlrohre 13. Von den Kühlrohren 13 strömt die Kryoflüssigkeit über die Rückläufe 15 in die Wärmetauscher 16 und von den Wärmetauschern 16 über eine Kühlmittelrückführleitung 19 zurück. Die

Kühlmittelzuführleitung 18 und die

Kühlmittelrückführleitung 19 sind vakuumdicht durch die Vakuumkammer 12 geführt.

Die Leistungsendstufen 6 sind über elektrische

Zuführleitungen 8 mit einem nicht dargestellten

Gleichspannungszwischenkreis verbunden. Die elektrischen Zuführleitungen 8 werden durch die

Kühlmittelrückführleitung 18 aus der Vakuumkammer 12 herausgeführt, sodass keine zusätzliche vakuumdichte

Durchführung für die elektrischen Zuführleitungen 8 vorgesehen werden muss. Figur 3 zeigt schematisch eine mehrere innerhalb eines von einem thermischen Isolator 11 umgebenden Kühlraums 20 angeordnete Maschinenspulen 3. Im Unterschied zu der in Figur 2 dargestellten Anordnung werden die Maschinenspulen 3 bzw. Wicklungen 13 bei diesem Ausführungsbeispiel in dem Kühlraum 20 unmittelbar von Kryoflüssigkeit umströmt und gekühlt. Die Wicklungen 13 sind zu diesem Zweck nicht innerhalb des thermischen Isolators 11 bzw. dem thermischen Isolationsbereich 5 angeordnet, sondern in einem von dem thermischen Isolator 11 bzw. dem thermischen

Isolationsbereich 5 umgebenden Kühlraum 20. Der übrige Aufbau entspricht dem in Figur 2 dargestellten und

beschriebenen Aufbau.